YÊU CẦU ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG SỐNG CỦA VI SINH VẬT TRONG SẢN PHẨM PROBIOTIC

Lâu đời nhất là truyền thống sử dụng thực phẩm lên men ở Châu Á từ hàng nghìn năm nay nhưng chỉ bắt đầu sử dụng có chủ đích cho sức khỏe vào năm 1930. Tại Châu Âu thì Metchnikof đã khám phá vai trò việc sử dụng sữa lên men có chứa Lactobacillus làm tăng tuổi thọ của người dân Bulgaria [9]. Với nhiều nghiên cứu độc lập của nhiều quốc gia khác nhau, đã không còn những tranh luận khác biệt hoặc phủ nhận, các nghiên cứu cho thấy probiotic là một nhóm vi sinh vật  có lợi cho cơ thể, có nhiều khả năng to lớn và kỳ diệu: giúp giải quyết các trường hợp rối loạn tiêu hóa do mất cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, giúp tăng sức đề kháng, giảm dị ứng thực phẩm, tăng dung nạp lactose, giảm cholesterol trong máu, ngăn ngừa yếu tố gây bệnh nội và ngoại sinh, đồng thời có thể sử dụng như liệu pháp phòng ngừa nhiều bệnh tật kể cả bệnh ung thư ruột…[4,6]. Năm 2002, probiotic đã chính thức được Tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc, Tổ chức Y tế Thế giới (FAO/WHO) công nhận vai trò quan trọng đối với sức khỏe và nêu rõ: “Probiotic là những vi sinh vật sống mà khi sử dụng với lượng phù hợp sẽ đem lại ích lợi cho sức khỏe của sinh vật chủ”. Thêm vào đó các chủng vi sinh vật sử dụng làm probiotic phải có những đặc tính:

  1. Có nguồn gốc từ con người; có khả năng bám chặt vào niêm mạc ruột và ngăn không cho vi khuẩn gây bệnh bám.
  2. Chống chịu được tác động dịch dạ dày và muối mật để đến ruột. Tại ruột, probiotic phải phóng thích tốt và sản sinh nhanh chóng để phát huy tối đa tác dụng cân bằng hệ vi sinh vật.
  3. Có khả năng thật sự kháng được vi khuẩn gây bệnh.
  4. Được công nhận có tác động tích cực trong chữa trị và an toàn khi sử dụng (Generally Recognized As Safe-GRAS)[6].

Trước hết, cần phải đảm bảo các vi sinh vật probiotic còn sống trong quá trình sản xuất, trong thời gian lưu hành sản phẩm. Tiếp theo khi sử dụng đường uống, vi sinh vật probiotic sau khi chịu tác động môi trường acid ở dạ dày cũng như dịch mật ở ruột, phải sống sót khi đến ruột với tỉ lệ cao để phát huy tác dụng trong thời gian nhanh nhất là những vấn đề hết sức quan trọng nhưng còn bị xem nhẹ.

Vi sinh vật probiotic rất mỏng manh, nhạy cảm với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ, độ ẩm nên nếu không lưu ý chúng có thể chết ngay trong quá trình sản xuất: tùy theo phương pháp sản xuất để tạo bột mà nhiệt độ có thể tới 80-85oC, hoặc -20oC hay chết trong quá trình bảo quản cũng như khi lưu hành sản phẩm trên 30oC ở nước nhiệt đới như nước ta. Nhiều nghiên cứu cho thấy khi tiếp xúc nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất đã làm chết khá nhiều vi sinh vật: từ 107 CFU (đơn vị khuẩn lạc)/mL Lactobacillus paracasei hoặc L. salivarius trong môi trường sữa RSM đã bổ sung chất dinh dưỡng, sau khi tiếp xúc 4 phút ở 61oC chỉ còn từ 102-103 CFU/mL vi sinh vật sống sót (Hình 1)[3,11,12].

Nhiệt độ thấp khi bảo quản cũng đã gây ảnh hưởng đến vi sinh vật probiotic qua quan sát hình dạng dưới kính hiển vi và khả năng sống khi nuôi cấy.  Nghiên cứu cho thấy sau khi tiếp xúc 2h ở nhiệt độ thấp: nhìn chung, nhiệt độ thấp -20oC giúp vi sinh vật probiotic sống sót tốt hơn. Nhiệt độ 0oC, -5oC, -10oC ảnh hưởng nhiều đến kích thước, hình dạng, cách sắp xếp của các vi sinh vật probiotic (Hình 2,3,4,5)[8,11,13,14]. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng sống của các vi sinh vật probiotic còn là oxy hoặc việc thẩm thấu oxy qua vật liệu bảo quản và ảnh hưởng của môi trường pH, việc tạo thêm acid trong sản phẩm khi bảo quản làm giảm pH chung…[9].

Đa phần sản phẩm probiotic sử dụng bằng đường uống, chúng phải đi qua dạ dày, chịu tác dụng của acid dịch vị cũng như của dịch mật vì vậy có thể chết rất nhiều và không đến được ruột hoặc chỉ còn số lượng thấp, không đủ có tác dụng điều trị[9,14]. Liều khuyến cáo khi sử dụng probiotic phải từ 108-109 vi sinh vật sống/ngày mới có tác dụng trị liệu và sản phẩm lên men chứa vi sinh vật Probiotic phải có tối thiểu 106/mL (hay /g) vi sinh vật sống [9,12]. Điều này giải thích tại sao khi sử dụng nhiều loại probiotic thông thường không thấy tác dụng chữa trị rõ rệt.

Đảm bảo khả năng sống của vi sinh vật probiotic khi sản xuất, bảo quản, lưu hành sản phẩm và tỉ lệ sống sót cao khi đến ruột là vấn đề không đơn giản. Nhiều hướng nghiên cứu khác nhau, có thể phối hợp: cải tiến các phương pháp đông khô tạo bột, áp dụng phương pháp lên men hai bước, chủng vi sinh vật probiotic được chọn lọc theo định hướng chịu được nhiệt độ hoặc/và tác động của môi trường acid và dịch mật, thêm các yếu tố vi dinh dưỡng, thêm ascorbic acid để khử oxy, thêm cysteine, xử lý bằng siêu âm tế bào vi sinh vật để phóng thích thêm enzym β-D-galactosidase… và quan trọng nhất là các phương pháp bao bảo vệ chúng [3,7]. Quá trình sản xuất, phát triển công nghệ bảo vệ bằng cách bao (coated) phải trải qua thời gian dài mới hoàn thiện dần. Thật vậy:

Men vi sinh thế hệ 1

Là dạng vi sinh vật probiotic sử dụng tự nhiên, không bao (Non- coated), vẫn còn được sử dụng nhiều hiện nay. Vi sinh vật không bao sống tốt trong môi trường nuôi cấy và trong thực phẩm lên men (như kim chi, sữa chua, phomat…) nhưng như đã nêu trên, chúng khó sống trong các dạng bào chế thuốc khi lưu hành với thời gian. Thêm vào đó, nhược điểm lớn nhất khi sử dụng là chúng gần như không sống sót khi đi qua dạ dày và dịch mật. Để hạn chế nhược điểm này, một số nhà sản xuất sử dụng vi sinh vật ở dạng bào tử, nhiều nhất là chi Bacillus.

Các vi sinh vật lọai này nuôi cấy, sản xuất dễ dàng. Ngoài ra do đặc điểm của các vi sinh vật sinh bào tử, việc bảo quản trong các dạng bào chế thuốc khi lưu hành có thuận lợi. Tuy vậy, cần lưu ý thêm một số vi sinh vật này cũng không kháng cự tốt trong các thử nghiệm mô phỏng điều kiện như ở dạ dày và dịch mật, có thể chỉ còn 0,02% vi sinh vật sống sót sau thử nghiệm mô phỏng điều kiện ở dạ dày hoặc 2% sống sót sau thử nghiệm mô phỏng điều kiện dịch mật. Nhược điểm khác là vi sinh vật từ dạng bào tử muốn trở về dạng sinh dưỡng bình thường để phát huy tác dụng mất nhiều thời gian nên tác dụng chậm, hạn chế khả năng tương tranh nhanh chóng với vi sinh vật gây bệnh…[2]. Chi Bacillus không phải là vi sinh vật thường trú trong ruột, nên có thể chỉ dùng cho mục đích cụ thể và không nên dùng lâu dài như các vi sinh vật có lợi thường trú trong ruột.

Men vi sinh thế hệ 2 và 3

Thế hệ 2 là dạng bao tan trong ruột (Enteric-coated) Thế hệ thứ 3 là dạng bao vi nang (Micro-Encapsulated), vi sinh vật probiotic được đưa vào dưới dạng viên nén hoặc viên nang với lớp bao bên ngoài tan trong ruột (thế hệ 2) hoặc chúng trực tiếp được bao vi nang bằng nhiều vật liệu khác nhau (thế hệ 3), hoàn thiện ý tưởng của thế hệ thứ 2. Đây là ý tưởng bắt đầu của việc cần thiết bảo vệ vi sinh vật probiotic khi đi qua dạ dày và dịch mật. Tùy theo vật liệu sử dụng để bao vi nang, các thử nghiệm cho thấy vi sinh vật probiotic sống sót tăng đáng kể từ lượng chỉ còn 82% sống sót sau bảo quản 12 tuần ở -280C đã tăng lên 93% sau khi bao vi nang (Hình 6) [10,12].

Men vi sinh bao kép thế hệ 4

Là công nghệ tạo lớp bao kép (Dual-coated) là thế hệ mới nhất. Lớp bên trong là protein và bên ngoài là polysaccharide với ưu điểm vượt trội, đạt được những yêu cầu khắt khe khi sử dụng: vi sinh vật probiotic sống cao trong sản xuất và bảo quản, chống chịu được acid khi qua dạ dày cũng như muối mật. Lớp bao kép này rất ”thông minh”: bảo vệ tốt vi sinh vật probiotitc trong các điều kiện bất lợi trên nhưng đồng thời phóng thích nhanh chóng tại ruột để phát huy tác dụng trong thời gian nhanh nhất (khắc phục nhược điểm hạn chế phóng thích chậm của thế hệ 2,3) .

Sự phát triển của công nghệ bào chế tạo lớp bao kép đã giúp chúng ta có được những sản phẩm vi sinh vật probiotic đạt yêu cầu chất lượng cao nhất. Thật vậy, thử nghiệm cho thấy các vi sinh vật probiotic sau khi được bao kép sống sót tốt, giảm không đáng kể so với số lượng ban đầu sau 36 ngày thử nghiệm ở 40oC và độ ẩm 40%. Ngòai ra sau 8 tháng bảo quản ở 4oC, thử nghiệm cũng cho thấy các vi sinh vật gần như không suy giảm về mặt số lượng. Với thử nghiệm mô phỏng điều kiện như ở dạ dày (pH 2,1 và pepsin 0,32%), sau 120 phút tiếp xúc, các vi sinh vật probiotic khác nhau được bao kép còn gần 60% trở lên sống sót so với nhóm đối chứng không được bao kép đã chết hết. Với thử nghiệm dịch mật ở những nồng độ khác nhau, các vi sinh vật probiotic khác nhau được bao kép đã sống sót trên 80% ở nồng độ dịch mật 0,25% so với nhóm đối chứng không được bao kép sống sót chỉ khỏang 2% (Hình 7,8,9,10)[1].

Xét về góc độ yêu cầu khả năng sống sót khi sử dụng sản phẩm probiotic tại Việt Nam về cơ bản có các dạng: sử dụng sản phẩm lên men tự nhiên (sữa chua, yagurt, nước uống lên men, dưa chua, kim chi, phomat…), sản phẩm thực phẩm chức năng hay thuốc được áp dụng công nghệ bào chế tùy theo nhà sản xuất, phân loại theo thế hệ thì chủ yếu và hầu hết là thế hệ thứ nhất, thế hệ thứ 2 không có, vài sản phẩm sử dụng công nghệ thế hệ thứ 3. Sản phẩm probiotic tuy rất nhiều nhưng thường sản phẩm thật sự hiệu quả có rất ít, do đa số vẫn sử dụng vi khuẩn không bao. Các sản phẩm lên men tự nhiên thường lượng probiotic rất ít hơn nữa hầu hết bị diệt bởi acid dạ dày và muối mật nên không có tác dụng rõ rệt khi bị rối loạn tiêu hóa.

Các sản phẩm khác thuốc hay thực phẩm chức năng được dùng đa số thế hệ thứ nhất dùng vi sinh vật chưa được bao bảo vệ nên khó giữ được chất lượng nhất là điều kiện nóng ẩm nên khó có khả năng đến ruột đủ lượng và do đó không thấy tác dụng rõ. Thế hệ thứ 3 khắc phục được nhược điểm của thế hệ thứ nhất có hiệu quả cao hơn nhưng còn nhược điểm về khả năng phóng thích. Đặt tính quan trọng của vi sinh vật khi vào ruột nếu sống  đủ lượng phóng thích tốt sẽ tăng sinh nhanh chóng ức chế và cạnh tranh với vi khuẩn gây hại  cùng góp phần với hệ vi khuẩn có lợi sẵn có giúp lập lại cân bằng và phát huy những lợi ích của probiotic đúng như vai trò của vi sinh vật thường trú có lợi của ruột, ngược lại thì sẽ không tác dụng tối đa (nhiều nghiên cứu cho thấy bổ sung vi khuẩn chết vẫn có tác dụng nhờ sản phẩm phụ của vi sinh vật có lợi, tuy nhiên sẽ không hiệu quả đầy đủ như chính vi sinh vật sống). Gần đây trên thế giới công nghệ thứ 4 ra đời – công nghệ công nghệ bao kép đây là bước ngoặt của ngành công nghệ bao vi khuẩn acid lactic đã được công nhận và sử dụng trên nhiều quốc gia tiên tiến.

Tại Việt nam chúng ta vừa mới có sản phẩm sử dụng công nghệ bao kép là Lacclean Gold cho người lớn và Kidlac cho trẻ em. Vì sản phẩm đáp ứng cao tất cả các tiêu chí của việc sử dụng probiotc nên phát huy tối đa những lợi ích mang lại từ probiotic cho sức khỏe, giúp phòng ngừa và chữa trị hữu hiệu hơn những bệnh lý mà nguyên nhân chính là do rối loạn vi sinh vật đường ruột (tiêu chảy, viêm ruột, táo bón, viêm đại tràng, không uống được sữa, kém hấp thụ đinh dưỡng, dễ nhiễm bệnh và dị ứng thực phẩm…); đồng thời tăng cường miễn dịch giúp phòng ngừa bệnh tật, tăng cường sức khỏe và giảm nguy cơ bệnh tật và cả ung thư ruột… Sử dụng sản phẩm men vi sinh bao kép thay thế cho các sản phẩm không bao probiotic của sản phẩm lên men hay thực phẩm chức năng, thuốc trong việc chữa trị khi bị rối loạn tiêu hóa từ nguyên nhân rối loạn tạp khuẩn ruột hay sử dụng hàng ngày chăm sóc đường ruột sẽ đạt  hiệu quả cao hơn, tránh lãng phí.

Việc sản xuất, bảo quản và sử dụng probiotic tuân thủ đúng và đạt được tất cả các yêu cầu  theo khuyến cáo của FAO/WHO thì mới cho kết quả tốt, ngược lại sẽ không đem lại mong muốn khi sử dụng, không hiệu quả và lãng phí, vì vậy không nên xem nhẹ điều này.

Nguyễn Trọng Hiệp1, Bùi Tùng Hiệp2

1 Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh

2 Bệnh viện Trưng Vương Thành phố Hồ Chí Minh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Application documents for DuolacTM. Manufacturer: Cell Biotech Co. Ltd.
  2. Duc LH, Hong HA, Barbosa TM, Henriques AO, and Cutting SM. Characterization of Bacillus probiotics available for human use. Applied and environmental microbiology, 2161–2171, (2004).
  3. Gardiner GE, O’Sullivan E, Kelly J, Auty MAE, Fitzgerald GF, Collins JK, Ross RP, and Stanton C. Comparative survival rates of human-derived Probiotic Lactobacillus paracasei and salivarius strains during heat treatment and spray drying. Appl. Environ. Microbiol., 2605–2612, (2000).
  4. Gorbach, SL. Lactic acid bacteria and human health. Annals of medicine, 22:37-41, (1990).
  5. Gormley R, Walshe T, Hussey K, and Butler The effect of fluctuation VS. Constant frozen storage temperature regimes on some quality parameters of selected food products. Lebensmwiss. V-Technol., 75: 190-200, (2002).
  6. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. Report of a Joint FAO/WHO Working Group. London, Ontario, Canada, April 30 and May 1, (2002).
  7. Homayouuni A, Ehsani MR, Azizi A, Razavi SH, and Yarmand MS. Growth and survival of some probiotic strains in simulated ice cream conditions. Journal of Applied Sciences, 8(2): 397-382, (2008).
  8. Iwana H, Masuda H, Fujisawa T, Suzuki H, and Mitsuoka T. Isolation and identification of Bifidobacterium in commercial yoghurt sold in Europe. Bifidobacteria Microflora, 12: 39–45, (1993).
  9. Kailasapathy K, and James Chin. Survival and therapeutic potential of probiotic organisms with reference to Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium Immunology and Cell Biology, 78: 80–88, (2000).
  10. Kailasapathy K. Microencapsulation of Probiotic bacteria: Technology and potential applications. Issues Intest. Microbiol. 3: 39-48, (2002).
  11. Shah NP, Lankaputhra WEV, Britz M, and Kyle WSA. Survival of acidophilus and Bifidobacterium bifidum in commercial yoghurt during refrigerated storage. Int. Dairy J., 5:515–521, (1995).
  12. Shah NP. Probiotic bacteria: Selective enumeration and survival in dairy foods. J. Dairy Sci., 83: 894–907, (2000).
  13. Tabatabaie F, and Mortazavi A. Studying the efects of heat and cold shock on cell wall microstructure and survival of some LAB in milk. World Appl. Sci. J., 4 (2): 191-194, (2008).
  14. Yann-Kun Lee, Koji Nomoto, Seppo Salminen, Sherwood L Gorbach. Handbook of Probiotics. John Wiley& Sons Inc, (1999).